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存个档，pn结
肥皂泡泡孩儿面 发表于 2007-04-04 18:22:32
【pn结】被喻为“集成电路的心脏”“太阳电池的心脏”，应该也是一切半导体器件的心脏。
pn结的原理
pn结的制作，以硅为基础，硅之所以是半导体，和它的最外层有4个电子有很大关系。
真正纯净的晶体硅是不能用作半导体器件的，正所谓【水至清则无鱼】，必须对其进行【掺杂】，掺杂是工艺方面的术语，有很多方
式，究其效果，和一把沙子投进米中的效果差不多。
假设有一块长方体形状的硅砖，左端放入一把磷原子，右端放入一把硼原子；进行理论分析时，假设为均匀掺杂；
为什么用磷原子和硼原子呢？因为磷原子的最外层有5个电子，硼原子最外层有3个电子，原子由原子核和核外电子组成，相对于电子
，原子核很大，大概是足球和足球场相比的结果，很悬殊；
因此，当硅、硼、磷原子手牵手排队时，磷原子的一个外层电子就被无情的挤掉了，便形成了一种非常重要的载流子——自由的电子；
另一方面，硼原子的外层形成一个小的空位，是另一种载流子——我们称之为【空穴】。
水向低处流……
硅砖中的两种载流子——自由电子和空穴也不例外：
由于掺杂的原因，硅砖的左侧聚集了大量的带负电荷的自由电子（磷原子失去的，我们称磷为【施主】），右侧聚集了同样多的带正电荷的空穴，它们自然要向密度低的地方【扩散】，扩散是专业术语，这样的流动形成了扩散电流。
但是有一点需要注意，虽然电子向右流动，但左端的电子密度无论如何也要比右端大，因此硅砖左端，也就是掺杂磷原子的部分，被标记为n区【也就是negative】；右端空穴密集，也就是正电荷密集，自然成为p区【positive】。
相对于电子和空穴，这时失去电子的磷原子带一个单位正电荷，成为挺立不动的阳离子；硼原子带一个单位负电荷，同样不动，成为
阴离子。两种离子像两堵墙一样排列在pn结的两侧，专业一点讲，像平行板电容器，电场方向为从左向右。
这堵墙阻挡了自由电子和空穴的自由流动，我们称之为阻挡层，或者耗尽层，因为这里充满了固定电荷，它还叫做空间电荷区；当然
，最出名的名字，叫做【内建场】。
唉，真搞不懂，明明不复杂的东西，硬要搞出许多复杂的名号……
如上所述，一块完整的pn结产生：
它像一块长方形砖块，左端充满自由电子，因此叫n区，右端充满空穴，叫p区；中间部分，靠左些是一排不能动的磷离子，带正电荷
，靠右些是一排不能动的硼离子，带负电荷，两堵墙组成内建场，使硅砖内部的、微小的、不安分的电子和空穴保持平衡。
这是一种动态平衡。所谓动态平衡，外表看起来是静止，实则有两股相反的电流同时存在，刚好它们的大小相同，因此看起来平衡。
其中一股就是上边说的【扩散电流】【diffusion】，另一股，有内建场撑腰，叫做【漂移电流】【drift】。
再说说pn结的正偏和反偏：
正偏和反偏，都是在pn结的外部加电压，只是方向不同：
所谓正偏，就是在p端加正电压，n端加负电压，p＝positive，n=negative，容易记住吧？反之为反偏。
正偏时，外电压的方向刚好和内建场的方向相反，半导体的内建场的电压不到1v，很容易湮没在外电场的淫威之下，此时的pn结内部，有如滔滔江水，电子和空穴自由流动，形成很大的电流，类似于短路；
反偏时，外电压和【内建场】方向一致，帮助【内建场】筑起高墙，阻隔电子和空穴的流动。此时只有很小的反偏电流，多数情况下被忽略不计，好像pn结是关断的……
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